蛋白質(zhì)吸附平衡和動(dòng)力學(xué)理論研究.pdf

1、蛋白質(zhì)的離子交換平衡和動(dòng)力學(xué)行為在生物分離過程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中起著十分重要的作用.然而,離子交換色譜理論尚不完善,圍繞蛋白質(zhì)離子交換色譜理論,本文展開了以下的研究工作: 1.采用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)模型(ST模型)研究了蛋白質(zhì)(BSA和Hb)在陰離子交換劑DEAE Spherodex M上的吸附平衡行為.結(jié)果表明,ST模型可以很好地描述不同離子強(qiáng)度條件下單組分和雙組分蛋白質(zhì)的吸附平衡行為.隨著離子強(qiáng)度增高,吸附相伴離子對(duì)蛋白質(zhì)與吸附劑之間和

2、蛋白質(zhì)分子間靜電力的屏蔽作用增大.在相同的離子強(qiáng)度條件下,BSA與DEAE Spherodex M之間的靜電引力較強(qiáng)；BSA分子之間的靜電斥力大于Hb分子之間的靜電斥力.在相同的離子強(qiáng)度條件下的Hb-BSA雙組分吸附體系中,BSA與吸附界面靜電吸引作用強(qiáng),吸附競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng).由ST模型參數(shù)1/α<,i>和k<,ii>分別計(jì)算得到蛋白質(zhì)的有效電荷數(shù)基本一致. 2.采用ST模型進(jìn)而研究了BSA和lib在陽離子交換劑SP Sepharose

3、 FF的吸附平衡行為.研究結(jié)果表明,隨著離子強(qiáng)度增高,吸附相伴離子對(duì)蛋白質(zhì)與吸附劑之間和蛋白質(zhì)分子間靜電力的屏蔽作用增大；而溶液pH值的升高引起蛋白質(zhì)與吸附界面間的靜電引力及蛋白質(zhì)分子間靜電斥力減弱.在相同的離子強(qiáng)度和pH值條件下,Hb與SP Sepharose FF之間的靜電引力較強(qiáng)；Hb分子之間的靜電斥力大于BSA分子之間的靜電斥力.此時(shí),在Hb-BSA雙組分吸附體系中,Hb與吸附界面靜電吸引作用強(qiáng),吸附競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng). 3.建立

4、了考慮吸附劑的粒徑分布(PSD)的有效孔擴(kuò)散模型(EPDM)、表面擴(kuò)散模型(SDM)、Maxwell-Stefan模型(MSM).通過蛋白質(zhì)的間歇吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),研究了蛋白質(zhì)(BSA)在陽離子交換劑(SP Sepharose FF)孔內(nèi)的擴(kuò)散.結(jié)果表明,這三種模型均能很好地?cái)M合蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)吸附曲線；但由于傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力不同,各模型對(duì)孔內(nèi)蛋白質(zhì)沿吸附劑徑向濃度分布圖的預(yù)測(cè)存在較大差異. 4.利用共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)直接觀測(cè)

5、了蛋白質(zhì)在吸附劑顆粒內(nèi)部的徑向濃度分布情況.通過觀測(cè)結(jié)果與考慮吸附劑PSD的模型(EPDM,SDM和MSM)擬合吸附劑孔內(nèi)蛋白質(zhì)徑向濃度分布結(jié)果的比較,可以看出在目前的研究體系中SDM能夠比EPDM更好地預(yù)測(cè)孔內(nèi)蛋白質(zhì)濃度分布圖,MSM模型對(duì)孔內(nèi)蛋白質(zhì)濃度分布的預(yù)測(cè)結(jié)果介于另外兩種模型之間. 5.由于在使用共聚焦顯微鏡觀測(cè)吸附劑孔內(nèi)蛋白質(zhì)時(shí),需要用熒光色素標(biāo)記蛋白分子,給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來了誤差.考慮到使用綠色熒光蛋白作為模型蛋白可以